睾丸曲细精管的生精过程和间质细胞的睾酮分泌均受下丘脑-垂体的调节。下丘脑分泌的GnRH经垂体门脉到达腺垂体，促进腺垂体促性腺激素细胞合成和分泌卵泡细胞刺激素（follicle-stimulatinghormone, FSH）和黄体生成素(luteinizing hormone, LH)。LH主要作用于间质细胞，而FSH主要作用于生精细胞与支持细胞。动物实验证明，幼年动物摘除垂体后，导致睾丸及附性器官不能发育成熟，呈幼稚状态。如果把成年雄发生动物垂体摘除后，睾丸发生萎缩，生精细胞和间质细胞发生退变，数量减少，生精过程停止，睾酮分泌减少，附性器官也发生萎缩。如果给拉除垂体的动物及早补充垂体促性腺激素，则上述现象可以避免或逆转。毁损下丘脑GnRH神经元所在部位，或下丘脑病变涉及这些区域，将使睾丸萎缩，功能丧失。
睾丸间质细胞膜上存在LH受体。LH与间质细胞膜上的LH受体结合，激活腺苷酸环化酶，促进细胞内cAMP的生成。CAMP再激活依赖cAMP的蛋白激酶，促进蛋白质磷酸化过程，产生碗酸蛋白，从而使胆固醇进入线粒体内合成睾酮，所以LH又称间质细胞刺激素interstitial cell stimulatinghormone,ICSH）。当轿中睾酮达到一定浓度后，便可作用于下丘脑和垂体，抑制GnRH分泌，进而抑制LH的分泌，产生负反馈调节作用，可使血中睾酮浓度稳定在一定水平。
LH与FSH对生精过程都有调节作用，LH的作用是通过睾酮实现的。生精过程受FSH与睾酮的双重控制。大鼠实验表明，FSH起着始动生精的作用，而睾酮则有维持生精的效应。支持细胞膜上存在FSH受体，FSH与受体结合后，经cAMP-蛋白激酶系统，促进支持细胞蛋白质合成，这些蛋白质中，可能有启动精子生成的成分。在FSH作用下，促进支持细胞分泌ABP，ABP与睾酮和双氢睾酮结合转运至曲细精管内，提高曲细精管内雄激素的局部浓度有利于生精过程。实验证明，FSH能刺激支持细胞分泌抑制素，而抑制素对腺垂体的FSH分泌有负反馈调节作用。此外，FSH还可激活支持细胞内的芳香化酶，促进睾酮转变为雌二醇，雌二醇对睾丸的活动也有调节作用，它可降低腺垂体对GnRH的反应性，并可能作用于间质细胞，在局部调节睾酮的分泌。
综上所述，一方面下丘脑-垂体调节睾丸的功能；另一方面睾丸分泌的激素又能反馈调节下丘脑和垂体的分泌活动。下丘脑、垂体、睾丸在功能上密切联系，互相影响，上下统一，称为下丘脑-垂体-睾丸轴（图12-1）。此外，睾丸支持细胞与间质细胞之间，还能以旁分泌的方式进行局部调节。
图12-1 下丘脑-垂体-睾丸轴活动的调节
T：睾酮 E2：雌二醇 ABP：雄激素结合蛋白
